新材料新工藝涌入汽車領(lǐng)域

寂靜天花板 · 發(fā)表于 2016-5-10 20:25:40

在最近舉行的2016年紐約國際車展上，各大汽車展商為人們獻(xiàn)上了一場豐富的視覺和思想盛宴,，挑戰(zhàn)了人們對高速度和高科技的想象力,，也展示了汽車工業(yè)未來的發(fā)展趨勢,。

美國趣味科學(xué)網(wǎng)站在日前的報(bào)道中，列舉了如下三大趨勢：更輕質(zhì)的碳纖維復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于汽車的多個(gè)零部件,；3D打印技術(shù)為汽車工業(yè)添磚加瓦,；一大批新型材料洶涌襲來。

謳歌Acura NSX賽車的整個(gè)車身結(jié)構(gòu)都由碳纖維復(fù)合材料制造

碳纖維復(fù)合材料：無所不在

從特斯拉到谷歌,，從福特到豐田,，在過去一年間，汽車制造商們通過各種技術(shù)和思想創(chuàng)新,，盤踞了報(bào)紙的頭條位置：有些制造商致力于讓自動(dòng)駕駛汽車走進(jìn)現(xiàn)實(shí)生活,，有些制造商則通過新型輕質(zhì)氣電混合車讓混合動(dòng)力汽車漸入佳境。即便在低端市場,，自動(dòng)停車和車道偏移警示系統(tǒng)目前都已成為很多高銷量車型的標(biāo)準(zhǔn)配置,。

但在這一片花團(tuán)錦簇、歌舞升平中,，現(xiàn)代汽車使用的新型材料被忽略了,，其中聲名最顯赫的當(dāng)屬超堅(jiān)固的碳纖維復(fù)合材料。的確,，高性能汽車,，不管是賽車、超級跑車還是馬力增強(qiáng)了的家用車,，為了獲得最高的速度和加速度,，都需要降低重量。

去年,，汽車廠商紛紛在超級跑車中使用碳復(fù)合零件,，主要目的是為了讓汽車更輕，外觀更靚麗,，這一點(diǎn)也得益于碳復(fù)合材料本身極富吸引力的外表,。今年，這一點(diǎn)也很明顯,。比如,，瑞典超級跑車制造商科尼塞格（Koenigsegg）綜合最大功率達(dá)1500馬力的首款混合動(dòng)力車型Regera,，其車輪就由碳纖維復(fù)合材料制成。與目前很多高端汽車輪胎使用的輕質(zhì)鎂合金相比,，碳纖維復(fù)合輪胎重量更輕,。對操控汽車來說，減少輪胎重量比減少車體質(zhì)量的影響更大,。更輕質(zhì)的車輪能更好地貼近路面,，產(chǎn)生更好的抓力。在未來的車型中,，越來越多汽車制造商將在超級跑車上使用復(fù)合材料,，并最終過渡到大規(guī)模制造的車型上。

在去年的車展上,，碳纖維零件已有不少：后視鏡外殼,、前后擴(kuò)散器、內(nèi)部裝飾件,、導(dǎo)流板等,。但在今年的車展上，大量汽車開始在其車身面板或底盤上使用碳復(fù)合材料,，包括謳歌NSX（Acura NSX）超級跑車,、Ford GT和寶馬i8的車體都是完全由碳纖維復(fù)合材料制成。另外,，電動(dòng)汽車為了增加每次充電后的駕駛里程,，也迫切需要降低車的重量，因此,，包括寶馬i8或特斯拉Model S在內(nèi)的高端電動(dòng)汽車可能很快也會(huì)采用碳纖維復(fù)合材料制造的車胎,。

另一個(gè)少人問津的碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域是儲氫裝置，例如豐田Mirai燃料電池汽車用的氫罐,。碳纖維復(fù)合材料氫罐通過在一根管子周圍包裹碳纖維制成,，其能承受更高的壓力,，因此能存儲更多氫氣,，從而能提高汽車的行駛里程數(shù)。

3D打印革新：一切皆有可能

目前,，傳統(tǒng)制造方法一般用于制造批量生產(chǎn)的零件,，擁有非常復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件很難用此類方法制造。

但最近,，科學(xué)家們在3D打印領(lǐng)域取得的進(jìn)步消除了一些制造更復(fù)雜零件的壁壘,，比如，這一技術(shù)可用來制造受生物過程啟發(fā)的結(jié)構(gòu),，而采用其他制造方法無法做到這一點(diǎn),。因此,，借助3D打印技術(shù)，我們能大批量制造出結(jié)構(gòu)復(fù)雜的精密零件,。

在2016年紐約國際車展上,，福特公司展示了其用3D打印機(jī)制造出來的復(fù)雜泡沫結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)方法無法大規(guī)模制造出如此完全一樣的泡沫,，因?yàn)槊總€(gè)泡沫結(jié)構(gòu)都由成千上萬個(gè)小泡組成,。福特還展示了很多3D打印模型，例如進(jìn)氣管,、橫拉桿等,。此外，3D打印也使快速制模成為可能,，用3D打印方法制造出的模具可用于傳統(tǒng)的設(shè)備制造中,。

對于產(chǎn)量少的汽車來說，采用3D打印方法打印出可直接使用的零件尤其有用,，因?yàn)榇祟惼嚨闹饕杀臼窃O(shè)計(jì)和原型開發(fā),，借助3D打印技術(shù)，可大大降低此類過程的成本�,，F(xiàn)在,，包括專門制造飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)零件的通用電氣航空部和專門生產(chǎn)浴室水龍頭的美國標(biāo)準(zhǔn)公司在內(nèi)的多家公司，都在借助3D打印技術(shù),。

未來材料：“不起眼”到受青睞

除此之外,，在2016年紐約國際車展上，很多汽車制造商開始使用一些“不起眼”的材料,，如天然纖維和可再生材料等,。業(yè)內(nèi)人士稱，用玉米殼,、洋麻,、大麻類植物、椰子殼以及棉絲等天然纖維制造的復(fù)合材料很有可能成為未來的汽車用復(fù)合材料,。

盡管此類復(fù)合材料可能看起來平淡無奇,，沒有什么“未來主義”的光環(huán)，但其實(shí),，與高強(qiáng)度的碳纖維復(fù)合材料相比,，其量產(chǎn)和應(yīng)用面臨著更大的技術(shù)挑戰(zhàn)。另外,，這些天然材料不容易與塑料結(jié)合,，這使兩者的混合變得困難且使零件的強(qiáng)度降低。

在今年的車展上,，福特公司在天然復(fù)合材料和可回收復(fù)合材料的研制方面取得了巨大成功,，一些由這些材料制造的零件已經(jīng)進(jìn)入最終制造階段,。比如，用洋麻纖維復(fù)合材料取代福特翼虎傳統(tǒng)的注射成型塑料內(nèi)模板可節(jié)省大約30萬磅油基材料,，并將零件的重量降低25%,。更特別的是，福特公司目前甚至在嘗試使用廢棄的美國鈔票來制造復(fù)合材料,。

擁有天然纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料除了隔熱和隔音效果更好外,，還能降低汽車的質(zhì)量，耐磨損性能更強(qiáng),。此外,，使用這些材料對環(huán)境的好處也很多：這些材料本身具有可再生性，而且它們也能減少用于制造塑料的石油消耗,。